汽車涂裝電泳線分期投資方案

郭志強(qiáng)*，孫琢，郭定邦，沈彥亭，張磊，張大彪

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北 保定 071000）

【涂裝】

汽車涂裝電泳線分期投資方案

郭志強(qiáng)*，孫琢，郭定邦，沈彥亭，張磊，張大彪

（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北 保定 071000）

為避免產(chǎn)能與預(yù)計(jì)銷量不匹配造成投資和能源浪費(fèi)，以設(shè)計(jì)產(chǎn)能15萬臺(tái)/年的涂裝生產(chǎn)線為例，詳細(xì)介紹了如何對(duì)電泳線進(jìn)行分期建設(shè)：一期產(chǎn)能7.5萬臺(tái)/年，二期通過適當(dāng)?shù)母脑旒纯蛇_(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能。

汽車；涂裝；電泳線；分期投資；設(shè)備；改造

First-author’s address:Technology Center of Great Wall Motor Co., Ltd., Baoding 071000, China

近年來，我國汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，新建了眾多的汽車涂裝廠，并且逐步增多。某些公司除了國內(nèi)，還選擇在海外投資建廠。但受世界或地域經(jīng)濟(jì)影響，在國外投資建廠的風(fēng)險(xiǎn)很大，需進(jìn)行充分的前期調(diào)研，例如某工廠的海外項(xiàng)目，前期規(guī)劃時(shí)根據(jù)市場銷量信息，確定產(chǎn)能為15萬臺(tái)/年，涂裝車間按照43JPH進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)、采購設(shè)備，但后期根據(jù)市場銷量調(diào)研信息預(yù)測，10年后銷售量才5.0萬臺(tái)/年左右，如按照15萬臺(tái)/年建設(shè)線體，勢必會(huì)加大投資成本和設(shè)備能耗，而市場銷量與產(chǎn)能相差較大，長期無法回收投資，會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

有鑒于此，日系、歐系以及國內(nèi)新建整車廠采用分期投資建設(shè)，例如某工廠規(guī)劃產(chǎn)能為24萬臺(tái)/年，一期按照12萬臺(tái)/年投資，銷量與產(chǎn)能匹配后，再在一期基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)備改造以達(dá)到原規(guī)劃產(chǎn)能?？疾炝藝鴥?nèi)幾個(gè)項(xiàng)目分期投資建設(shè)方案，基本都是改造烘干線、噴漆線和人工作業(yè)線，很少考慮電泳線。但電泳線24 h連續(xù)運(yùn)行，設(shè)備能耗較高，且電泳漆有更新周期要求，如投槽后長時(shí)間不進(jìn)行生產(chǎn)，電泳漆不消耗，無法保證其穩(wěn)定性，漆膜容易產(chǎn)生質(zhì)量問題，要保證電泳漆更新周期，需大量排放電泳漆并補(bǔ)充新漆，導(dǎo)致消耗成本升高，故電泳槽的分期投資意義重大，值得進(jìn)行詳細(xì)研究及探討。

1 某15萬臺(tái)/年產(chǎn)能的涂裝線分期投資建設(shè)實(shí)例

某工廠規(guī)劃產(chǎn)能15萬臺(tái)/年，采用免中涂涂裝工藝，色漆采用水性漆，清漆采用溶劑型漆，生產(chǎn)節(jié)拍83 s，采用地面滑橇輸送，廠房一次建成，設(shè)備分期投入，一期7.5萬臺(tái)/年，二期投資需在一期基礎(chǔ)上改造如下。

1. 1 增加電泳和面漆烘干線

電泳和面漆烘干線均采用“π”式，獨(dú)立三元體加熱，一期電泳烘干線97 m(烘干室86 m，強(qiáng)冷室11 m)，生產(chǎn)節(jié)拍166 s，二期增加1條完全相同的烘干線，一期預(yù)留二期線體安裝位置，具體方案如圖1所示。二期改造時(shí)增加了圖中陰影區(qū)域部分，包括烘干室體及相應(yīng)加熱裝置、強(qiáng)冷室體及相應(yīng)換熱裝置和機(jī)械化輸送設(shè)備。

圖1 電泳漆和面漆烘干線分期建設(shè)示意圖Figure 1 Schematic diagram showing how to build the drying line for electrophoretic coating and topcoat by stages

1. 2 膠烘干線

膠烘干線采用直通式，獨(dú)立三元體加熱，長104 m(烘干室88 m，強(qiáng)冷室16 m)，生產(chǎn)節(jié)拍83 s，一期通過降低烘干鏈速來延長烘干時(shí)間，二期生產(chǎn)節(jié)拍為166 s。烘干室、強(qiáng)冷室和鋼平臺(tái)一次建成，一期建設(shè)時(shí)預(yù)留二期設(shè)備安裝位置，保留升溫二段、保溫一段的加熱元體，保留1個(gè)強(qiáng)冷元體。二期改造時(shí)增加升溫一段、保溫二段的三元體加熱裝置及配套循環(huán)風(fēng)管路，增加1個(gè)強(qiáng)冷元體，如圖2所示。

圖2 膠烘干線分期建設(shè)示意圖Figure 2 Schematic diagram showing how to build the adhesive drying line by stages

1. 3 焊縫密封線

增加了焊縫密封線、涂膠機(jī)器人、PVC噴漆機(jī)器人、治具安裝、車頂密封膠噴涂1條線(26 m)、細(xì)密封1條線(30 m)，增加內(nèi)板涂膠機(jī)器人2臺(tái)，一期預(yù)留二期線體、機(jī)器人安裝位置，如圖3、圖4所示。

圖3 焊縫密封線分期建設(shè)示意圖Figure 3 Schematic diagram showing how to build the weld bead sealing line by stages

圖4 PVC線分期建設(shè)示意圖Figure 4 Schematic diagram showing how to build the PVC sealing line by stages

1. 4 噴漆線

噴漆室體一次建成，預(yù)留二期機(jī)器人安裝位置、基礎(chǔ)、能源點(diǎn)，二期建設(shè)時(shí)增加色漆BC0噴漆機(jī)器人3臺(tái)，BC內(nèi)板噴漆機(jī)器人1臺(tái)、BC1噴漆機(jī)器人3臺(tái)、CC內(nèi)板噴漆機(jī)器人2臺(tái)，CC外板噴漆機(jī)器人4臺(tái)，如圖5所示。

圖5 噴漆線分期建設(shè)示意圖Figure 5 Schematic diagram showing how to build the painting line by stages

2 電泳線分期投資建設(shè)分析

從以上實(shí)例不難看出，無論項(xiàng)目產(chǎn)能大小，在方案規(guī)劃時(shí)都主要考慮烘干線、焊縫密封線、噴漆線如何分期建設(shè)，卻未分析前處理電泳線如何與減小后的產(chǎn)能相匹配，如上述線體從7.5萬臺(tái)/年提升至原定15萬臺(tái)/年產(chǎn)能后，電泳烘干線的生產(chǎn)節(jié)拍由83 s變?yōu)?66 s，前處理電泳線產(chǎn)能也應(yīng)與電泳烘干線的產(chǎn)能相匹配才能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)同步，如果前處理電泳線也按照166 s進(jìn)行生產(chǎn)，會(huì)導(dǎo)致磷化和電泳時(shí)間延長，容易造成品質(zhì)問題，只能采取分批次或間隔進(jìn)車方式來實(shí)現(xiàn)前處理電泳線與烘干線同步，這樣勢必浪費(fèi)能源和材料，尤其是電泳槽投槽后需24 h連續(xù)運(yùn)行，設(shè)備能耗較大，故在規(guī)劃項(xiàng)目分期建設(shè)方案時(shí)也應(yīng)加以考慮。本文以某15萬臺(tái)/年涂裝生產(chǎn)線電泳線分期投資建設(shè)方案為例，分析了成本、工期、注意事項(xiàng)等內(nèi)容。

2. 1 現(xiàn)狀與問題點(diǎn)

2. 1. 1 產(chǎn)能

生產(chǎn)綱領(lǐng)：15萬臺(tái)/年。生產(chǎn)班制：每班工作8 h，2班制，全年工作245天，設(shè)計(jì)最大產(chǎn)能為43JPH。

2. 1. 2 問題點(diǎn)

項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)涂裝車間按照15萬臺(tái)/年規(guī)劃，在設(shè)備采購階段按照7.5萬臺(tái)/年進(jìn)行設(shè)備招標(biāo)、合同簽訂，2016年4月份營銷進(jìn)行市場調(diào)研，數(shù)據(jù)如表1所示，可見車間產(chǎn)能較大，而市場銷量小，電泳線如按照15萬臺(tái)/年規(guī)劃，存在以下問題：

表1 未來幾年的預(yù)期銷量Table 1 Estimated sales volumes in the coming years

(1) 按兩期規(guī)劃，一期產(chǎn)能22JPH，生產(chǎn)節(jié)拍166 s；二期產(chǎn)能43JPH，生產(chǎn)節(jié)拍83 s。電泳槽一期設(shè)計(jì)電泳時(shí)間為4 min，鏈速為4.71 m/min，生產(chǎn)節(jié)拍83 s，電泳線節(jié)拍與其他線體不匹配。

(2) 按照43JPH設(shè)計(jì)電泳槽，體積較大，有370 m3。為了保證電泳槽循環(huán)次數(shù)≥4次/h，需開啟較多水泵，電泳循環(huán)系統(tǒng)需24 h連續(xù)運(yùn)行，增加了設(shè)備運(yùn)行成本以及能耗。

(3) 為補(bǔ)充生產(chǎn)消耗，所添加的電泳漆累計(jì)達(dá)到初始配槽所用量時(shí)，稱為一個(gè)更新周期，簡稱“T.0”。產(chǎn)量為15萬臺(tái)/年時(shí)，投槽原漆量為210 000 kg(原漆固體分37%，槽液固體分21%)，確保槽液性能穩(wěn)定的最低更新周期一般≤180天，且需每年生產(chǎn)49 412臺(tái)車(單臺(tái)耗量8.5 kg)來加以保證。按表1的銷量數(shù)據(jù)，至2025年銷量均低于49 412臺(tái)，現(xiàn)有的產(chǎn)量無法滿足電泳槽液更新周期的要求。為保證質(zhì)量，需要定期排放槽液，造成浪費(fèi)。

2. 2 對(duì)策

2. 2. 1 需改造內(nèi)容

電泳系統(tǒng)主要包括機(jī)運(yùn)系統(tǒng)、電泳槽、電極和極液循環(huán)系統(tǒng)、槽液循環(huán)攪拌系統(tǒng)、熱交換器系統(tǒng)、整流電源、轉(zhuǎn)移槽、電泳室體、超濾(UF)系統(tǒng)、機(jī)運(yùn)系統(tǒng)、送排風(fēng)系統(tǒng)和照明裝置。經(jīng)評(píng)審及與設(shè)備廠家技術(shù)交流，對(duì)改造各系統(tǒng)的具體分析列于表2。

表2 電泳線各部分的改造方案Table 2 Reconstruction project for each part of electrophoresis line

2. 2. 2 詳細(xì)實(shí)施情況

2. 2. 2. 1 機(jī)運(yùn)系統(tǒng)

(1) 一期建設(shè)方案：將電泳入槽段的下坡軌道沿車體運(yùn)行方向移動(dòng)約9.3 m。電泳槽內(nèi)軌道駝峰由原定的2個(gè)減為1個(gè)。因擺桿鏈軌道縮短，相應(yīng)地縮短導(dǎo)電銅排。

(2) 二期改造方案：將電泳入槽段下坡軌道沿車體運(yùn)行相反方向移動(dòng)約9.3 m。根據(jù)軌道的移動(dòng)相應(yīng)地移動(dòng)下坡段軌道吊架。電泳槽內(nèi)軌道駝峰在一期的基礎(chǔ)上增加1個(gè)。因擺桿鏈軌道增加，導(dǎo)電銅排也相應(yīng)地增加。根據(jù)二期節(jié)拍調(diào)整高低壓分段位置、電控系統(tǒng)線纜以及開關(guān)位置。

一期入槽前水平段軌道可在二期電泳槽內(nèi)使用，一期圖紙?jiān)O(shè)計(jì)時(shí)要考慮此方案，改造方案如圖6所示。

圖6 輸送系統(tǒng)建設(shè)方案Figure 6 Construction project for delivery system

2. 2. 2. 2 電泳槽

(1) 一期建設(shè)方案：原設(shè)計(jì)電泳槽體積約為370 m3，按小產(chǎn)能變更后體積約為265 m3，減少105 m3左右，按照370 m3一次建成槽體，采用中間加隔板、延長槽體進(jìn)口淌水板等形式縮小體積，與改造后的槽沿對(duì)接，如圖7所示。搭接后可用玻璃鋼粘接，方便改造時(shí)拆除。

圖7 電泳槽分期建設(shè)示意圖Figure 7 Schematic diagram showing how to build the electrophoresis tank by stages

(2) 二期改造方案：切除進(jìn)口淌水板、槽體內(nèi)隔板處斜坡及熱交換泵吸口，現(xiàn)場刷涂玻璃鋼。打磨原槽體玻璃鋼約2 m長，與后續(xù)槽體對(duì)接。延長槽體后，電泳前加濕噴淋位置相應(yīng)地調(diào)整到入槽端附近，整個(gè)改造方案如圖8所示。

2. 2. 2. 3 電極和極液循環(huán)系統(tǒng)

(1) 側(cè)面陽極。

一期建設(shè)方案：電泳槽內(nèi)車身數(shù)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，電泳面積相應(yīng)減小(車身電泳面積120 m2)，按照陰極/陽極比1∶4計(jì)算，減小陽極面積約43 m2。

二期改造方案：槽體延長后，增加側(cè)面陽極。由于高低壓分段位置變化，需現(xiàn)場調(diào)整陽極管排布方式。

(2) 頂部和底部陽極。

一期建設(shè)方案：槽體縮短，底部陽極數(shù)量減少，由于機(jī)運(yùn)駝峰減少為1個(gè)，頂部陽極減少1組且安裝位置相應(yīng)變化。

二期改造方案：槽體延長后增加底部陽極，由于機(jī)運(yùn)駝峰增至2個(gè)，且位置變化，增加1組頂部陽極且現(xiàn)場調(diào)整安裝位置。

(3) 極液循環(huán)系統(tǒng)。

陽極管數(shù)量變化后，極液循環(huán)系統(tǒng)的流量偏大，但為了降低二期改造難度，仍然按照15萬臺(tái)/年產(chǎn)能設(shè)置陽極循環(huán)系統(tǒng)，在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)采用閥門①控制流量，形式如圖9所示。

圖8 電泳槽改造方案Figure 8 Reconstruction project for electrophoresis tank

圖9 陽極循環(huán)系統(tǒng)建設(shè)方案Figure 9 Construction project for anode circulation system

2. 2. 2. 4 槽液循環(huán)攪拌系統(tǒng)

(1) 一期建設(shè)方案：15萬臺(tái)/年產(chǎn)能的電泳槽需配置2臺(tái)370 m3/h的熱交換泵和2臺(tái)370 m3/h的主循環(huán)泵，電泳槽循環(huán)次數(shù)約4次/h，一期電泳槽體積約為265 m3，按照循環(huán)次數(shù)4 ～ 6次/h計(jì)算，可減少1臺(tái)主循環(huán)泵及相應(yīng)管路，但建設(shè)時(shí)需預(yù)留二期水泵的安裝位置。

(2) 二期改造方案：增加1臺(tái)370 m3/h主循環(huán)泵、管路、過濾器及閥門，采用螺栓對(duì)接主管路與延長的電泳槽內(nèi)攪拌管路，詳細(xì)改造內(nèi)容如圖10所示。

2. 2. 2. 5 超濾系統(tǒng)

槽體縮短后電泳面積減小，超濾液產(chǎn)量由12 000 L/h降低到8 000 L/h，超濾系統(tǒng)循環(huán)原理見圖11，經(jīng)分析，需更改超濾泵組、過濾器模組、超濾模組的方案。

圖10 槽液循環(huán)攪拌系統(tǒng)改造方案Figure 10 Reconstruction project for circulation stirring system of bath

圖11 超濾系統(tǒng)的原理Figure 11 Principle of ultrafiltration system

(1) 泵組：超濾液產(chǎn)量為12 000 L/h時(shí)，需配置2臺(tái)180 m3/h的超濾循環(huán)泵，一期建設(shè)時(shí)將其中1臺(tái)流量配置為240 m3/h，二期改造時(shí)并聯(lián)1臺(tái)120 m3/h的循環(huán)泵，一期預(yù)留二期水泵安裝位置，泵組改造方案如圖12所示。

(2) 過濾器模組與超濾模組：原系統(tǒng)配置過濾器16個(gè)，一期減少袋式過濾器4個(gè)，而原系統(tǒng)配置超濾膜14支，一期減少超濾膜4支。但是需預(yù)留二期過濾器安裝位置，建設(shè)時(shí)主管路采用法蘭盲端封堵，二期管路預(yù)制完成后與一期主管路采用螺栓連接，過濾器模組改造方案如圖13所示，超濾模組的改造方案與之類似。

圖12 超濾系統(tǒng)泵組的改造方案Figure 12 Reconstruction project for pump units of ultrafiltration system

圖13 超濾系統(tǒng)過濾器模組的改造方案Figure 13 Reconstruction project for filter units of ultrafiltration system

2. 2. 3 二期改造方案實(shí)施計(jì)劃

二期改造總用時(shí)9天，設(shè)備改造6天，工藝驗(yàn)證3天，詳細(xì)日程安排如表3所示。

2. 3 分期投資效果

2. 3. 1 產(chǎn)品質(zhì)量

方案優(yōu)化前后，電泳時(shí)間(4 min)與原來保持一致，對(duì)電泳漆膜質(zhì)量無影響。

2. 3. 2 設(shè)備運(yùn)行成本

(1) 減少1臺(tái)流量370 m3/h的主循環(huán)泵(功率約45 kW)，節(jié)約能耗 = 45 kW × 0.8 kW·h/元 × 24 h/天 × 365天/年 = 315 360元/年。

(2) 超濾系統(tǒng)循環(huán)泵由2臺(tái)180 m3/h循環(huán)泵(功率約37 kW)優(yōu)化為1臺(tái)240 m3/h的循環(huán)泵(功率約37 kW)，節(jié)約能耗 = 37 kW × 0.8 kW·h/元 × 24 h/天 × 365天/年 = 259 296元/年。

2. 3. 3 材料損耗成本

電泳漆單價(jià)約20元/kg，單臺(tái)耗量、材料要求更新周期、槽液固體分和原漆固體分不變，產(chǎn)能為7.5萬臺(tái)/年時(shí)，投槽原漆量為150 000 kg，要求產(chǎn)量35 390臺(tái)/年，相比產(chǎn)能為15萬臺(tái)/年，可節(jié)約成本 = (49 412臺(tái)/年 ? 35 390臺(tái)/年)× 20元/kg × 8.5 kg/臺(tái) = 238 3740元/年

3 結(jié)語

汽車涂裝流水線項(xiàng)目的投資及能源消耗較大，前期應(yīng)詳細(xì)調(diào)研市場銷量信息，以確定最終的設(shè)計(jì)產(chǎn)能與銷量相匹配，如調(diào)研信息不明確，可對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行分期投資，建設(shè)方案需根據(jù)涂裝工藝、生產(chǎn)節(jié)拍、設(shè)備形式等信息進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，以最大程度地節(jié)約投資，降低消耗。

[ 編輯：杜娟娟 ]

Investment project by stages for electrophoresis line of automotive painting

// GUO Zhi-qiang*, SUN Zhuo,GUO Ding-bang, SHEN Yan-ting, ZHANG Lei, ZHANG Da-biao

Aiming to avoid the waste of investment and energy caused by incompatibility between production capacity and estimated sales volume, how to build an electrophoresis line by stages was introduced taking the production line designed for 150 thousand cars per year as an example: 75 thousand cars per year at the first stage and designed capacity at the second stage after proper reconstruction.

automotive; painting; electrophoresis line; investment by stages; equipment; reconstruction

10.19289/j.1004-227x.2017.02.007

TQ630.8

B

1004 – 227X (2017) 02 – 0094 – 07

2016–05–16

2016–08–23

郭志強(qiáng)（1987–），男，河北張家口人，大專，助理工程師，主要從事汽車涂裝工藝與設(shè)備研究。

作者聯(lián)系方式：(E-mail) tuzhuangke@126.com。